综采工作面沿空送巷支护设计与实践应用

田学春

（枣庄市金庄生建煤矿，山东 滕州 277522）

1 工程概况

金庄煤矿3209 综采工作面开采3 煤，煤层厚度为3.0～8.5 m，平均厚度为3.6 m，倾角为10°～28°，平均倾角为26°。3209 工作面内分布落差2～5 m 不等的断层构造，3209 轨道巷沿空送巷与3207 采空区设计净煤柱4.5 m。煤层顶板多为砂质泥岩，底板为砂质泥岩。3209 轨道巷沿空掘巷设计净高3800 mm，上净宽4800 mm，下净宽5200 mm。巷道埋藏深度659～706 m，属高应力复杂条件巷道，采掘期间受动压影响极易产生大变形。掘进一个月内围岩移近量900～1600 mm 不等，出现顶板下沉、支护失效、形成网兜等矿压显现，巷道不同程度被破坏。工作面位置如图1。

图1 3209 工作面平面位置示意图

2 沿空送巷矿压显现分析

（1）沿空送巷顶板砂质泥岩性质变差。3209轨道巷煤层顶板为平均4.5 m 厚度的砂质泥岩，直接底为4 m 厚的泥岩，如图2。经历相邻采空区剧烈采动影响后，采空区边缘的煤柱处于松散破碎状态，顶板围岩控制维护难度较大。

图2 3209 工作面煤层顶底板柱状图

（2）沿空送巷两帮煤体稳定性较弱。煤柱区域实体煤在复杂应力场作用下，需要承载垂直载荷作用和上覆岩层大结构弯曲变形过程中水平挤压力，局部煤体就会失稳破碎[1]。

（3）沿空送巷现有支护体系强度偏弱。3209轨道巷采用锚网索带联合支护，W 型钢带配合规格Φ20 mm×2000 mm 锚杆支护，间排距900 mm×900 mm，顶板施工双排Φ17.8 mm×5000 mm 锚索，间排距1800 mm×1800 mm，支护顶板强度不够。

3 掘进和回采支护设计

3.1 掘进支护设计

顶部：采用Φ22 mm×2400 mm 的KMG500 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每排6 棵，间距850 mm，净高3800 mm，上净宽4800 mm，下净宽5200 mm，配合使用厚10 mm、宽140 mm、4800 mm 长的梯形钢带。

帮部：实体煤段采用规格Φ22 mm×2500 mm的KMG500 左旋无纵筋全螺纹锚杆，沿空段采用Φ22 mm×3000 mm 的KMG500 左旋无纵筋全螺纹锚杆。每帮5 棵锚杆，间距800 mm，配合使用规格150 mm×150 mm×10 mm 碟形托盘及厚10 mm、宽140 mm 的梯形钢带，如图3。

图3 3209 轨道巷掘进支护断面示意图

顶部锚索：与18#B 槽钢配合使用形成锚索梁，每根锚索梁施工3 根锚索，槽钢长3.4 m，排距1.6 m。

帮部锚索：与18#B 槽钢配合使用形成锚索梁，每根锚索梁施工3 根锚索，槽钢锚索梁长3.0 m，排距1.6 m。

煤实体侧：上部选用规格Φ22 mm×8000 mm锚索，按40°向顶板倾斜施工，中部选用规格为Φ22 mm×6200 mm 锚索，按5°向上倾斜施工，下部选用Φ22 mm×6200 mm 锚索，按30°向底板倾斜施工。

煤沿空侧：上部锚索选用Φ22 mm×8000 mm锚索，按40°向顶板倾斜施工；中部选用Φ22 mm×3500 mm 锚索，按5°向上倾斜施工；下部选用Φ22 mm×6200 mm 锚索，按30°向底板倾斜施工。3209 轨道巷顶板和帮部掘进支护示意图如图4。

图4 3209 轨道巷顶板和帮部掘进支护示意图

3.2 支护强度验算

顶板支护从安全可靠角度出发，理论验算时必须验算3209 轨道巷最大支护强度，顶板最大可能冒落高度下每米巷道的岩石重量为[3]：

式中：B为巷道宽度，B=5.4 m；h为顶板的最大可能冒落高度，取9 m；y为岩石容重，结合3下煤层顶板实际情况，y=25 kN/m3。

为保证支护的有效性，理论验算时暂时不考虑顶板锚杆及其他辅助支护，则每米巷道锚索的支护力为：

式中：N为每排（控顶距0.8 m）安装的锚索数量，N=7；P为Φ21.6 mm 钢绞线锚索的最大锚固力，p=350 kN；η为锚索破断力利用系数，η=0.8；s为排距，s=0.8 m。

掘进过程中若不考虑锚杆的悬吊力，全部顶板外载由锚索单独承担，锚索悬吊支护的安全系数为

经过验算，3209 轨道巷采用锚网索带联合支护，能够满足支护要求。考虑到该区域大部有断层破碎带，为确保安全，巷道超前增加支撑式支护。

3.3 回采超前支护设计

工作面回采前，提前在超前支护段范围以外敷设金属网，然后施工倾向29U 型钢锚索梁，间距1.0±0.1 m。为防止顺槽支架距离煤壁太近被压死，自煤壁向外约5～15 m 范围内，在29U 型钢锚索梁下支设单体液压支柱支护顶板，每排不少于一梁三柱。

单体液压支柱向外采用双排ZD2500/18/42 框架连锁履带超前液压支架支护顶板，距离约60 m。顺槽支架以外在锚索29U 型钢下安装一排墩柱式液压支架[4]，使沿空巷道总支护距离不少于120 m，如图5。

图5 3209 轨道巷超前支护示意图

4 效果检验

在施工U 型钢梁巷道区域，巷道围岩变形量明显较小，其中超前支承应力影响范围内，在距离煤壁10～20 m 距离时，围岩两帮移进量最大值仅为456 mm。经过优化掘进支护断面和加强顶板支护后，巷道围岩移近量明显减少。现场勘查，巷道破坏程度显著降低，围岩移近量小于500 mm，具体见表1。

表1 3209 轨道巷1 号测点围岩变形统计表

5 结语

沿空送巷掘进时，充分考虑到采动影响范围大、围岩性质裂隙以及煤柱稳定性差等因素，提出了顶板以高预应力锚索配合锚杆、钢带、钢筋网支护，实体帮部采用锚网索带联合支护，沿空侧采用加长锚杆配合索网带加强支护，沿空送巷围岩得到有效控制。

综采工作面回采过程中，在超前支护区范围内采用29U 型钢梁配合单体棚、履带式超前液压支架、墩柱式液压支架等联合支护，在顶板一定量下沉过程中起到有力支撑作用，从而确保巷道围岩变形相对较小，取得较好成效。